CA6140車床數(shù)控化改造設計解析課件

CA6140數(shù)控化改造方案組員：

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----------------------CA6140數(shù)控化改造方案組員：1CA6140車床CA6140車床2CA6140車床結構CA6140車床結構3CA6140傳動系統(tǒng)簡圖CA6140傳動系統(tǒng)簡圖4

CA6140型普通車床的主傳動系統(tǒng)和進給系統(tǒng)都由主軸電機控制，而改造后的車床則把主傳動系統(tǒng)和進給系統(tǒng)的運動分離開。分別由各自的步進電機來控制，但是為保證車床在車螺紋時主傳動運動與進給運動之間的聯(lián)系，所以在拆掉進給系統(tǒng)的同時，必須在主軸上安裝一個脈沖發(fā)生器，來實現(xiàn)主軸傳動和進給運動之間的聯(lián)系。同時，為了提高機床的精度和效率，用滾珠絲杠來代替原機床的光杠，并且采用單獨的步進電機來控制。這樣不僅提高了機床的性能和精度，還提高了機床的使用性能。一：數(shù)控化改造概述

CA6140型普通車床的主傳動系統(tǒng)和進給系統(tǒng)都5

CA6140普通車床改造成經(jīng)濟型數(shù)控車床。

主要參數(shù)如下：

（1）床身上最大加工直徑400mm；

（2）最大加工長度1000mm；

（3）X方向(橫向)的脈沖當量δx=0.005mm/脈沖，Z方向(縱向)δz=0.01mm/脈沖；

（4）X方向最快移動速度Vxmax=3000mm/min，Z方向為Vzmax=6000mm/min；

（5）X方向最快工進速度Vxmaxf=400mm/min，Z方向為Vzmaxf=800mm/min；

CA6140普通車床改造成經(jīng)濟型數(shù)控車床。

主要參數(shù)如下：6（6）X向定位精度±0.01mm，Z向±0.02mm；

（7）可以車削柱面、平面、錐面與球面等；

（8）安裝編碼器，可以車削公/英制的直螺紋與

錐螺紋，最大導程為24mm；

（9）安裝四工位立式電動刀架，系統(tǒng)自動選刀；

（10）縱、橫向安裝限位開關；

（11）數(shù)控系統(tǒng)可選用國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)；（6）X向定位精度±0.01mm，Z向±0.02mm7二、總體方案的確定

總體方案設計應考慮機床數(shù)控系統(tǒng)的類型，傳動方式和執(zhí)行機構的選擇等。

（1）普通車床數(shù)控化改造后應具有單坐標定位，兩坐標直線插補、圓弧插補以及螺紋插補的功能。因此，數(shù)控系統(tǒng)應設計成連續(xù)控制型。二、總體方案的確定

總體方案設計應考慮機床數(shù)控系統(tǒng)的類型，傳8（2）普通車床經(jīng)數(shù)控化改造后屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床，在保證一定加工精度的前提下，應簡化結構，降低成本。因此，進給伺服系統(tǒng)常采用步進電動機的開環(huán)控制系統(tǒng)。

（3）根據(jù)普通車床改造，應在降低成本的同時縮短改造的周期，應選用市場上生產(chǎn)成熟的數(shù)控系統(tǒng)，廣州數(shù)控系統(tǒng)、華中數(shù)控系統(tǒng)等。

（2）普通車床經(jīng)數(shù)控化改造后屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床，在保證一定加9（4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，需要光電隔離電路和步進電機驅動電路，此外，系統(tǒng)中還應包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路。

（5）設計自動回轉刀架及其控制電路。

（6）縱向和橫向進給是兩套獨立的傳動鏈，它們由步進電機、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動比應滿足機床所要求的分辨率。

（4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，需要光電隔離電路和步進電機驅動電路10（7）為了保證進給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副，并應有預緊機構，以提高傳動剛度和消除間隙，齒輪副也應有消除齒側間隙的機構。

（8）采用貼塑導軌，以減小導軌的摩擦力。

（9）選擇四工位自動回轉刀架，選擇螺紋編碼器等。（7）為了保證進給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳11總體方案設計圖總體方案設計圖12三、機械系統(tǒng)的改造設計方案

1．主傳動系統(tǒng)的改造方案

對普通車床進行數(shù)控化改造時，一般可保留原有的主傳動機構和變速操縱機構，這樣可減少機械改造的工作量。三、機械系統(tǒng)的改造設計方案

1．主傳動系統(tǒng)的改造方案

132．換裝自動回轉刀架

為了提高加工精度，實現(xiàn)一次裝夾完成多道工序，將車床原有的手動刀架換成自動回轉刀架，選用常州市宏達機床數(shù)控設備有限公司生產(chǎn)的LD4B-CK6140型四工位立式電動刀架。實現(xiàn)自動換刀需要配置相應的電路，由數(shù)控系統(tǒng)完成。2．換裝自動回轉刀架

為了提高加工精度，實現(xiàn)一次裝夾完成多道143．螺紋編碼器的安裝方案

螺紋編碼器又稱主軸脈沖發(fā)生器或圓光柵。數(shù)控車床加工螺紋時，需要配置主軸脈沖發(fā)生器，作為車床主軸位置信號的反饋元件，它與車床主軸同步轉動；通常直接安裝在主軸后端，與主軸同軸比較方便3．螺紋編碼器的安裝方案

螺紋編碼器又稱主軸脈沖發(fā)生器或154．進給系統(tǒng)的改造與設計方案

首先拆去進給箱、溜板箱、光杠；還要對車床的床鞍進行部分的改造，拆去縱向小拖板、橫向拖板，將絲杠換成滾珠絲杠，并且由一端驅動的步進電機來控制。4．進給系統(tǒng)的改造與設計方案

首先拆去進給箱、溜16進給系統(tǒng)改造簡圖進給系統(tǒng)改造簡圖17四、進給傳動部件的計算和選型

縱、橫向進給傳動部件的計算和選型主要包括：

1、確定脈沖當量

2、計算切削力

3、選擇滾珠絲杠螺母副

4、設計減速箱

5、選擇步進電動機

四、進給傳動部件的計算和選型

縱、橫向進給傳動部件的計算和選18確定脈沖當量對經(jīng)濟型數(shù)控機床來說，常采用的脈沖當量為0.01mm/step和0.005mm/step,在CA6140的技術參數(shù)中，要求縱向脈沖當量為0.01mm/step。橫向脈沖當量為=0.005mm/step。確定脈沖當量對經(jīng)濟型數(shù)控機床來說，常采用的脈沖當量為0.0119計算切削力

縱向切削力計算查閱相關資料計算得：車削時最大工作載荷

=1.15×1340+0.04×(5360+90×9.8)=1790.68(N)最大動載荷=×1.5×1790.68=11740（N）計算切削力

縱向切削力計算查閱相關資料計算得：20橫向切削力計算橫向進給量為縱向的，取，則切削力約為縱向的：；在切斷工件時：

最大動載荷橫向切削力計算橫向進給量為縱向的，取，則切削力21選擇縱向滾珠絲杠螺母副故滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格，相應的額定動載荷Ca不得小于最大載荷C;因此有Ca＞C=11740N因此初選外循環(huán)滾珠絲杠的型號為型CD63×8-3.5-E型經(jīng)過傳動效率計算、剛度驗算、壓桿穩(wěn)定性驗算等一系列驗證此型號滾珠絲杠符合縱向傳動要求。選擇縱向滾珠絲杠螺母副故滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格，相應的額定動載22選擇橫向滾珠絲杠螺母副根據(jù)最大負載Q值，可選擇滾珠絲杠的型號,外循環(huán)插管埋入式雙螺母預緊式的滾珠絲杠，型號為2004—2.5—3左，其中額定動載荷為14200N，所以強度夠用經(jīng)過效率計算、剛度驗算、穩(wěn)定性等一系列計算驗證得此橫向滾珠絲杠滿足橫向傳動要求。選擇橫向滾珠絲杠螺母副根據(jù)最大負載Q值，可選擇滾珠絲杠的型號23減速箱設計減速箱設計24CA6140車床數(shù)控化改造設計解析課件25選擇步進電機為了保證步進電機的啟動性能，要特別考慮負載慣性矩。當所帶負載的慣性矩增大時，由于步進電機是按電磁鐵吸力原理來動作，所以當慣性矩增大到某一值時，就會使步進電機產(chǎn)生擅動就會產(chǎn)生啟動不良效果，所以，使用步進電機時盡量選小的負載。在本次設計過程中我們采用減速齒輪來聯(lián)結滾珠絲杠和步進電機，以達到改變慣性矩的目的。同時，應該盡可能地消除配對齒輪之間的間隙，否則就會產(chǎn)生使運動滯后的指示信號的誤差，對加工件的精度就會產(chǎn)生很大的影響。選擇步進電機為了保證步進電機的啟動性能，要特別考慮負載慣性矩26步進電機選擇原則步進電機選擇原則27CA6140車床數(shù)控化改造設計解析課件28縱向驅動電機選擇縱向驅動電機選擇29橫向電機選擇橫向電機選擇30五、數(shù)控系統(tǒng)的選擇現(xiàn)在國內(nèi)數(shù)控設備使用的數(shù)控系統(tǒng)也是有不少的品牌和種類，大體分為國產(chǎn)系統(tǒng)和進口系統(tǒng)，現(xiàn)在國內(nèi)廠家主流系統(tǒng)有：廣州數(shù)控，北京KND，華興數(shù)控，華中數(shù)控，藍天系統(tǒng)等，臺灣系統(tǒng)有：新代系統(tǒng)，寶元系統(tǒng)等，進口系統(tǒng)有：三菱系統(tǒng)，西門子系統(tǒng)，發(fā)那科系統(tǒng)。但是進口系統(tǒng)在某些性能上的確有其過人之處，但是價格比較昂貴。從數(shù)控化改造的經(jīng)濟性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性及綜合性能上考慮我們選用廣數(shù)的GSK980TDb系統(tǒng)，作為數(shù)控改造的系統(tǒng)，用來控制機床的運行。五、數(shù)控系統(tǒng)的選擇現(xiàn)在國內(nèi)數(shù)控設備使用的數(shù)控系統(tǒng)也是有不少的31GSK980TDb系統(tǒng)界面GSK980TDb系統(tǒng)界面32CA6140數(shù)控化改造方案組員：

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----------------------CA6140數(shù)控化改造方案組員：33CA6140車床CA6140車床34CA6140車床結構CA6140車床結構35CA6140傳動系統(tǒng)簡圖CA6140傳動系統(tǒng)簡圖36

CA6140型普通車床的主傳動系統(tǒng)和進給系統(tǒng)都由主軸電機控制，而改造后的車床則把主傳動系統(tǒng)和進給系統(tǒng)的運動分離開。分別由各自的步進電機來控制，但是為保證車床在車螺紋時主傳動運動與進給運動之間的聯(lián)系，所以在拆掉進給系統(tǒng)的同時，必須在主軸上安裝一個脈沖發(fā)生器，來實現(xiàn)主軸傳動和進給運動之間的聯(lián)系。同時，為了提高機床的精度和效率，用滾珠絲杠來代替原機床的光杠，并且采用單獨的步進電機來控制。這樣不僅提高了機床的性能和精度，還提高了機床的使用性能。一：數(shù)控化改造概述

CA6140型普通車床的主傳動系統(tǒng)和進給系統(tǒng)都37

CA6140普通車床改造成經(jīng)濟型數(shù)控車床。

主要參數(shù)如下：

（1）床身上最大加工直徑400mm；

（2）最大加工長度1000mm；

（3）X方向(橫向)的脈沖當量δx=0.005mm/脈沖，Z方向(縱向)δz=0.01mm/脈沖；

（4）X方向最快移動速度Vxmax=3000mm/min，Z方向為Vzmax=6000mm/min；

（5）X方向最快工進速度Vxmaxf=400mm/min，Z方向為Vzmaxf=800mm/min；

CA6140普通車床改造成經(jīng)濟型數(shù)控車床。

主要參數(shù)如下：38（6）X向定位精度±0.01mm，Z向±0.02mm；

（7）可以車削柱面、平面、錐面與球面等；

（8）安裝編碼器，可以車削公/英制的直螺紋與

錐螺紋，最大導程為24mm；

（9）安裝四工位立式電動刀架，系統(tǒng)自動選刀；

（10）縱、橫向安裝限位開關；

（11）數(shù)控系統(tǒng)可選用國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)；（6）X向定位精度±0.01mm，Z向±0.02mm39二、總體方案的確定

總體方案設計應考慮機床數(shù)控系統(tǒng)的類型，傳動方式和執(zhí)行機構的選擇等。

（1）普通車床數(shù)控化改造后應具有單坐標定位，兩坐標直線插補、圓弧插補以及螺紋插補的功能。因此，數(shù)控系統(tǒng)應設計成連續(xù)控制型。二、總體方案的確定

總體方案設計應考慮機床數(shù)控系統(tǒng)的類型，傳40（2）普通車床經(jīng)數(shù)控化改造后屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床，在保證一定加工精度的前提下，應簡化結構，降低成本。因此，進給伺服系統(tǒng)常采用步進電動機的開環(huán)控制系統(tǒng)。

（3）根據(jù)普通車床改造，應在降低成本的同時縮短改造的周期，應選用市場上生產(chǎn)成熟的數(shù)控系統(tǒng)，廣州數(shù)控系統(tǒng)、華中數(shù)控系統(tǒng)等。

（2）普通車床經(jīng)數(shù)控化改造后屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床，在保證一定加41（4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，需要光電隔離電路和步進電機驅動電路，此外，系統(tǒng)中還應包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路。

（5）設計自動回轉刀架及其控制電路。

（6）縱向和橫向進給是兩套獨立的傳動鏈，它們由步進電機、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動比應滿足機床所要求的分辨率。

（4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，需要光電隔離電路和步進電機驅動電路42（7）為了保證進給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副，并應有預緊機構，以提高傳動剛度和消除間隙，齒輪副也應有消除齒側間隙的機構。

（8）采用貼塑導軌，以減小導軌的摩擦力。

（9）選擇四工位自動回轉刀架，選擇螺紋編碼器等。（7）為了保證進給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳43總體方案設計圖總體方案設計圖44三、機械系統(tǒng)的改造設計方案

1．主傳動系統(tǒng)的改造方案

對普通車床進行數(shù)控化改造時，一般可保留原有的主傳動機構和變速操縱機構，這樣可減少機械改造的工作量。三、機械系統(tǒng)的改造設計方案

1．主傳動系統(tǒng)的改造方案

452．換裝自動回轉刀架

為了提高加工精度，實現(xiàn)一次裝夾完成多道工序，將車床原有的手動刀架換成自動回轉刀架，選用常州市宏達機床數(shù)控設備有限公司生產(chǎn)的LD4B-CK6140型四工位立式電動刀架。實現(xiàn)自動換刀需要配置相應的電路，由數(shù)控系統(tǒng)完成。2．換裝自動回轉刀架

為了提高加工精度，實現(xiàn)一次裝夾完成多道463．螺紋編碼器的安裝方案

螺紋編碼器又稱主軸脈沖發(fā)生器或圓光柵。數(shù)控車床加工螺紋時，需要配置主軸脈沖發(fā)生器，作為車床主軸位置信號的反饋元件，它與車床主軸同步轉動；通常直接安裝在主軸后端，與主軸同軸比較方便3．螺紋編碼器的安裝方案

螺紋編碼器又稱主軸脈沖發(fā)生器或474．進給系統(tǒng)的改造與設計方案

首先拆去進給箱、溜板箱、光杠；還要對車床的床鞍進行部分的改造，拆去縱向小拖板、橫向拖板，將絲杠換成滾珠絲杠，并且由一端驅動的步進電機來控制。4．進給系統(tǒng)的改造與設計方案

首先拆去進給箱、溜48進給系統(tǒng)改造簡圖進給系統(tǒng)改造簡圖49四、進給傳動部件的計算和選型

縱、橫向進給傳動部件的計算和選型主要包括：

1、確定脈沖當量

2、計算切削力

3、選擇滾珠絲杠螺母副

4、設計減速箱

5、選擇步進電動機

四、進給傳動部件的計算和選型

縱、橫向進給傳動部件的計算和選50確定脈沖當量對經(jīng)濟型數(shù)控機床來說，常采用的脈沖當量為0.01mm/step和0.005mm/step,在CA6140的技術參數(shù)中，要求縱向脈沖當量為0.01mm/step。橫向脈沖當量為=0.005mm/step。確定脈沖當量對經(jīng)濟型數(shù)控機床來說，常采用的脈沖當量為0.0151計算切削力

縱向切削力計算查閱相關資料計算得：車削時最大工作載荷

=1.15×1340+0.04×(5360+90×9.8)=1790.68(N)最大動載荷=×1.5×1790.68=11740（N）計算切削力

縱向切削力計算查閱相關資料計算得：52橫向切削力計算橫向進給量為縱向的，取，則切削力約為縱向的：；在切斷工件時：

最大動載荷橫向切削力計算橫向進給量為縱向的，取，則切削力53選擇縱向滾珠絲杠螺母副故滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格，相應的額定動載荷Ca不得小于最大載荷C;因此有Ca＞C=11740N因此初選外循環(huán)滾珠絲杠的型號為型CD63×8-3.5-E型經(jīng)過傳動效率計算、剛度驗算、壓桿穩(wěn)定性驗算等一系列驗證此型號滾珠絲杠符合縱向傳動要求。選擇縱向滾珠絲杠螺母副故滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格，相應的額定動載54選擇橫向滾珠絲杠螺母副根據(jù)最大負載Q值，可選擇滾珠絲杠的型號,外循環(huán)插管埋入式雙螺母預緊式的滾珠絲杠，型號為2004—2.5—3